12.2: Kuamua Mahusiano ya Mabadiliko
- Page ID
- 173890
Wanasayansi hukusanya habari zinazowawezesha kufanya uhusiano wa mabadiliko kati ya viumbe. Sawa na kazi ya upelelezi, wanasayansi wanapaswa kutumia ushahidi ili kufunua ukweli. Katika kesi ya phylogeny, uchunguzi wa mabadiliko huzingatia aina mbili za ushahidi: morphologic (fomu na kazi) na maumbile.
Hatua mbili za Kufanana
Viumbe vinavyogawana sifa za kimwili sawa na utaratibu wa maumbile huwa na uhusiano wa karibu zaidi kuliko wale wasiofanya. Makala ambayo yanaingiliana wote maumbile na vinasaba hujulikana kama miundo homologous; kufanana kunatokana na njia ya kawaida ya mabadiliko. Kwa mfano, kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\), mifupa katika mbawa za popo na ndege, mikono ya wanadamu, na mbele ya farasi ni miundo ya homologous. Angalia muundo sio mfupa mmoja tu, bali ni kikundi cha mifupa kadhaa kilichopangwa kwa namna sawa katika kila kiumbe ingawa mambo ya muundo yanaweza kuwa yamebadilika sura na ukubwa.
Kuonekana kupotosha
Viumbe vingine vinaweza kuwa na uhusiano wa karibu sana, japokuwa mabadiliko madogo ya maumbile yalisababisha tofauti kubwa ya kimaumbile ili kuwafanya waonekane tofauti kabisa. Kwa mfano, sokwe na binadamu, fuvu ambayo ni inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{2}\) ni sawa sana vinasaba, kugawana 99 asilimia 1 ya jeni zao. Hata hivyo, sokwe na binadamu huonyesha tofauti kubwa za anatomical, ikiwa ni pamoja na kiwango ambacho taya hujitokeza kwa watu wazima na urefu wa jamaa wa mikono na miguu yetu.
Hata hivyo, viumbe visivyohusiana vinaweza kuwa na uhusiano wa mbali bado huonekana sawa sana, kwa kawaida kwa sababu mabadiliko ya kawaida na hali sawa ya mazingira yamebadilika katika wote wawili. Mfano ni maumbo ya mwili yaliyoelekezwa, maumbo ya mapezi na appendages, na umbo la mikia katika samaki na nyangumi, ambazo ni mamalia. Miundo hii hubeba kufanana kwa juu kwa sababu ni marekebisho ya kusonga na kuendesha katika mazingira yaleyo—maji. Wakati tabia ambayo ni sawa hutokea kwa kuunganisha adaptive (kubadilika mageuzi), na si kwa sababu ya uhusiano wa karibu wa mabadiliko, inaitwa muundo sawa. Katika mfano mwingine, wadudu hutumia mbawa kuruka kama popo na ndege. Tunawaita mabawa mawili kwa sababu hufanya kazi sawa na kuwa na fomu sawa, lakini asili ya embryonic ya mbawa mbili ni tofauti kabisa. Tofauti katika maendeleo, au embryogenesis, ya mbawa katika kila kesi ni ishara kwamba wadudu na popo au ndege hawashiriki babu wa kawaida aliyekuwa na mrengo. miundo mrengo, inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{3}\) tolewa kujitegemea katika lineages mbili.
Tabia zinazofanana zinaweza kuwa sawa au sawa. Tabia za homologous zinashiriki njia ya mabadiliko ambayo imesababisha maendeleo ya tabia hiyo, na sifa zinazofanana hazifanyi. Wanasayansi wanapaswa kuamua aina gani ya kufanana kipengele kinachoonyesha kufafanua phylogeny ya viumbe vinavyojifunza.
Masi kulinganisha
Pamoja na maendeleo ya teknolojia ya DNA, eneo la mifumo ya Masi, ambayo inaelezea matumizi ya habari juu ya kiwango cha Masi ikiwa ni pamoja na mpangilio wa DNA, imezaa. Uchunguzi mpya wa wahusika wa Masi sio tu unathibitisha maagizo mengi ya awali, lakini pia hufunua makosa yaliyofanywa hapo awali. Wahusika wa molekuli wanaweza kujumuisha tofauti katika mlolongo wa asidi ya amino-asidi ya protini, tofauti katika mlolongo wa nucleotidi ya mtu binafsi ya jeni, au tofauti katika mipangilio ya jeni. Phylogenies inayotokana na wahusika wa Masi hudhani ya kwamba utaratibu unaofanana zaidi ni katika viumbe viwili, vinahusiana kwa karibu zaidi. Jeni tofauti hubadilika mageuzi kwa viwango tofauti na hii inathiri kiwango ambacho zina manufaa katika kutambua mahusiano. Utaratibu wa haraka unaobadilika ni muhimu kwa kuamua mahusiano kati ya aina zinazohusiana na karibu. Utaratibu polepole zaidi kutoa ni muhimu kwa ajili ya kuamua uhusiano kati ya aina distantly kuhusiana. Kuamua uhusiano kati ya spishi tofauti sana kama vile Eukarya na Archaea, jeni zinazotumiwa lazima ziwe za kale sana, jeni zinazobadilika polepole ambazo zipo katika vikundi vyote viwili, kama vile jeni za RNA ya ribosomal. Kulinganisha miti ya phylogenetic kwa kutumia utaratibu tofauti na kuipata sawa husaidia kujenga ujasiri katika mahusiano yaliyotokana.
Wakati mwingine makundi mawili ya DNA katika viumbe mbali kuhusiana nasibu kushiriki asilimia kubwa ya besi katika maeneo sawa, na kusababisha viumbe hawa kuonekana karibu kuhusiana wakati wao si. Kwa mfano, kuruka kwa matunda hushiriki asilimia 60 ya DNA yake na wanadamu. 2 Katika hali hii, kompyuta makao takwimu algorithms wamekuwa maendeleo ili kusaidia kutambua mahusiano halisi, na hatimaye, matumizi ya pamoja ya taarifa zote mbili morphologic na Masi ni bora zaidi katika kuamua phylogeny.
EVOLUTION KATIKA ACTION: Kwa nini Phylogeny Matter?
Mbali na kuimarisha uelewa wetu wa historia ya mabadiliko ya aina, yetu wenyewe ni pamoja na, uchambuzi phylogenetic ina maombi mbalimbali ya vitendo. Mbili ya maombi hayo ni pamoja na kuelewa mageuzi na maambukizi ya ugonjwa na kufanya maamuzi kuhusu juhudi za uhifadhi. Utafiti wa 2010 wa MRSA 3 (Methicillin sugu Staphylococcus aureus), bakteria ya pathogenic sugu ya antibiotic, ilielezea asili na kuenea kwa matatizo katika kipindi cha miaka 40 iliyopita. Utafiti ulifunua muda na mifumo ambayo matatizo ya sugu yalihamia kutoka hatua yake ya asili huko Ulaya hadi vituo vya maambukizi na mageuzi huko Amerika ya Kusini, Asia, Amerika ya Kaskazini, na Australasia. Utafiti huo ulipendekeza kuwa utambulisho wa bakteria kwa wakazi wapya ulitokea mara chache sana, labda mara moja tu, na kisha kuenea kutoka kwa idadi ndogo ya watu binafsi. Hii ni kinyume na uwezekano kwamba watu wengi walikuwa wamechukua bakteria kutoka sehemu moja hadi nyingine. Matokeo haya yanaonyesha kuwa maafisa wa afya ya umma wanapaswa kuzingatia haraka kutambua mawasiliano ya watu walioambukizwa na aina mpya ya bakteria ili kudhibiti uenezi wake.
Eneo la pili la manufaa kwa uchambuzi wa phylogenetic ni katika uhifadhi. Wanabiolojia wamesema kuwa ni muhimu kulinda spishi katika mti wa phylogenetic badala ya wale tu kutoka tawi moja la mti. Kufanya hivyo kuhifadhi zaidi ya tofauti zinazozalishwa na mageuzi. Kwa mfano, juhudi za uhifadhi zinapaswa kuzingatia spishi moja bila spishi dada badala ya spishi nyingine ambayo ina nguzo ya aina dada wa karibu ambayo hivi karibuni ilibadilika. Kama moja evolutionarily tofauti aina huenda kutoweka kiasi kikubwa cha tofauti kutoka mti itakuwa waliopotea ikilinganishwa na aina moja katika nguzo ya aina karibu kuhusiana. Utafiti uliochapishwa mwaka 2007 4 ulitoa mapendekezo kwa ajili ya uhifadhi wa aina ya mamalia duniani kote kulingana na jinsi mageuzi tofauti na katika hatari ya kutoweka wao ni. Utafiti uligundua kuwa mapendekezo yao yalitofautiana na vipaumbele kulingana na kiwango tu cha tishio la kutoweka kwa spishi. Utafiti huo ulipendekeza kulinda baadhi ya wanyama waliotishiwa na kuthamini mamalia wakubwa kama vile orangutani, pandas kubwa na wadogo, na tembo Waafrika na Asia. Lakini pia waligundua kwamba baadhi ya spishi ndogo sana zinazojulikana zinapaswa kulindwa kulingana na jinsi mabadiliko yalivyo tofauti. Hizi ni pamoja na idadi ya panya, popo, shrews na hedgehogs. Aidha kuna baadhi ya spishi za hatari sana ambazo hazikuwa na kiwango kama muhimu sana katika utofauti wa mabadiliko ikiwa ni pamoja na spishi za kulungu, panya na gerbili. Wakati vigezo vingi vinaathiri maamuzi ya uhifadhi, kuhifadhi utofauti wa phylogenetic hutoa njia ya lengo la kulinda mbalimbali kamili ya utofauti yanayotokana na mageuzi.
Kujenga Miti Phylogenetic
Wanasayansi hujengaje miti ya phylogenetic? Hivi sasa, njia iliyokubaliwa zaidi ya kujenga miti ya phylogenetic ni njia inayoitwa cladistics. Njia hii inatengeneza viumbe ndani ya makundi, vikundi vya viumbe vinavyohusiana sana na kila mmoja na babu ambayo walishuka. Kwa mfano, katika Kielelezo\(\PageIndex{4}\), viumbe vyote katika eneo la kivuli vilibadilishwa kutoka kwa babu moja aliyekuwa na mayai ya amniotic. Kwa hiyo, viumbe hivi vyote pia vina mayai ya amniotic na hufanya clade moja, pia huitwa kundi la monophyletic. Clades lazima zijumuishe aina za mababu na wazao wote kutoka kwenye tawi la tawi.
UHUSIANO WA S
Ni wanyama gani katika takwimu hii ni wa clade ambayo inajumuisha wanyama wenye nywele? Ambayo ilibadilika kwanza: nywele au yai ya amniotic?
Clades inaweza kutofautiana kwa ukubwa kulingana na hatua gani ya tawi inatazamwa. Sababu muhimu ni kwamba viumbe vyote katika kundi la clade au monophyletic hutoka kwenye sehemu moja juu ya mti. Hii inaweza kukumbukwa kwa sababu monophyletic huvunja ndani ya “mono,” maana yake ni moja, na “phyletic,” maana ya uhusiano wa mabadiliko.
Tabia zilizoshirikiwa
Cladistics hutegemea mawazo matatu. Ya kwanza ni kwamba vitu vilivyo hai vinahusiana na ukoo kutoka kwa babu wa kawaida, ambayo ni dhana ya jumla ya mageuzi. Ya pili ni kwamba speciation hutokea kwa splits ya aina moja katika mbili, kamwe zaidi ya mbili kwa wakati, na kimsingi katika hatua moja kwa wakati. Hii ni kiasi fulani cha utata, lakini inakubalika kwa wanabiolojia wengi kama kurahisisha. Dhana ya tatu ni kwamba sifa zinabadilika kwa muda wa kutosha kuzingatiwa kuwa katika hali tofauti.Pia inadhaniwa kuwa mtu anaweza kutambua mwelekeo halisi wa mabadiliko kwa hali. Kwa maneno mengine, tunadhani kwamba yai ya amniotic ni hali ya tabia ya baadaye kuliko mayai yasiyo ya amniotic. Hii inaitwa polarity ya mabadiliko ya tabia. Tunajua hili kwa kutaja kundi nje ya clade: kwa mfano, wadudu wana mayai yasiyo ya amniotic; kwa hiyo, hii ni hali ya tabia ya zamani au ya mababu. Cladistics inalinganisha katika vikundi na nje ya makundi. Ingroup (mjusi, sungura na binadamu katika mfano wetu) ni kundi la taxa linalochambuliwa. Kundi la nje (lancelet, lamprey na samaki katika mfano wetu) ni spishi au kikundi cha spishi zilizotengana kabla ya kizazi kilicho na kikundi (s) cha riba. Kwa kulinganisha wanachama wa ingroup kwa kila mmoja na kwa wanachama wa nje, tunaweza kuamua ni sifa gani ambazo ni marekebisho ya mabadiliko ya kuamua pointi za tawi za phylogeny ya ingroup.
Ikiwa tabia inapatikana katika wanachama wote wa kikundi, ni tabia ya mababu ya pamoja kwa sababu hakukuwa na mabadiliko katika tabia wakati wa kuzuka kwa kila mmoja wa wanachama wa clade. Ingawa sifa hizi zinaonekana kuvutia kwa sababu zinaunganisha clade, katika cladistics zinachukuliwa kuwa hazina manufaa wakati tunajaribu kuamua mahusiano ya wanachama wa clade kwa sababu kila mwanachama ni sawa. Kwa upande mwingine, fikiria tabia ya yai ya amniotic ya Kielelezo\(\PageIndex{4}\). Baadhi tu ya viumbe wana tabia hii, na kwa wale wanaofanya, inaitwa tabia inayotokana na pamoja kwa sababu tabia hii ilibadilika wakati fulani wakati wa kuzuka. Tabia hii inatuambia kuhusu mahusiano kati ya wanachama wa clade; inatuambia ya kwamba mijusi, sungura, na wanadamu wanakundi kwa karibu zaidi kuliko viumbe hawa vyovyote vinavyofanya na samaki, lampreys, na lancelets.
Kipengele cha kuchanganyikiwa wakati mwingine cha wahusika wa “mababu” na “inayotokana” ni kwamba maneno haya ni jamaa. Tabia hiyo inaweza kuwa ama mababu au inayotokana kulingana na mchoro unaotumiwa na viumbe vinavyolinganishwa. Wanasayansi wanaona maneno haya yanafaa wakati wa kutofautisha kati ya clades wakati wa ujenzi wa miti ya phylogenetic, lakini ni muhimu kukumbuka kuwa maana yao inategemea mazingira.
Kuchagua Mahusiano ya Haki
Kujenga mti wa phylogenetic, au cladogram, kutoka kwa data ya tabia ni kazi kubwa ambayo kwa kawaida huachwa hadi kompyuta. Kompyuta huchota mti kama kwamba clades zote zinashiriki orodha hiyo ya wahusika wanaotokana. Lakini kuna maamuzi mengine ya kufanywa, kwa mfano, vipi ikiwa uwepo wa spishi katika clade unasaidiwa na wahusika wote waliotokana na pamoja kwa clade hiyo isipokuwa moja? Hitimisho moja ni kwamba tabia ilibadilika kwa babu, lakini kisha ikabadilishwa nyuma katika aina hiyo moja. Pia hali ya tabia inayoonekana katika clades mbili inapaswa kudhaniwa kuwa imebadilika kwa kujitegemea katika clades hizo. Ukosefu huu ni wa kawaida katika miti inayotokana na data ya tabia na magumu mchakato wa kufanya maamuzi kuhusu mti ambao karibu zaidi inawakilisha uhusiano halisi kati ya taxa.
Ili kusaidia katika kazi kubwa ya kuchagua mti bora, wanasayansi mara nyingi hutumia dhana inayoitwa upeo wa parsimony, ambayo ina maana kwamba matukio yalitokea kwa njia rahisi, dhahiri zaidi. Hii inamaanisha kwamba mti “bora” ni ule wenye idadi ndogo ya mabadiliko ya tabia, idadi ndogo ya mabadiliko ya tabia ya kujitegemea, na idadi ndogo ya tabia hubadilika kwenye mti. Programu za kompyuta zinatafuta kupitia miti yote inayowezekana ili kupata idadi ndogo ya miti yenye njia rahisi za mageuzi. Kuanzia na sifa zote za homologous katika kikundi cha viumbe, wanasayansi wanaweza kuamua utaratibu wa matukio ya mabadiliko ambayo sifa hizo zilitokea ambazo ni wazi zaidi na rahisi.
DHANA KATIKA HATUA
Jifunze Parsimoni: Nenda kwenye tovuti hii ili ujifunze jinsi parsimoni ya kiwango cha juu kinatumiwa kuunda miti ya phylogenetic (hakikisha kuendelea kwenye ukurasa wa pili).
Vifaa hivi na dhana ni chache tu ya mikakati wanasayansi hutumia kukabiliana na kazi ya kufunua historia ya mabadiliko ya maisha duniani. Hivi karibuni, teknolojia mpya zimefunua uvumbuzi wa kushangaza na mahusiano yasiyotarajiwa, kama vile ukweli kwamba watu wanaonekana kuwa karibu zaidi na fungi kuliko fungi ni kwa mimea. Sauti isiyo ya kawaida? Kama taarifa kuhusu utaratibu wa DNA inakua, wanasayansi watakuwa karibu na ramani ya historia ya mabadiliko ya maisha yote duniani.
Muhtasari wa sehemu
Ili kujenga miti ya phylogenetic, wanasayansi wanapaswa kukusanya maelezo ya tabia ambayo huwawezesha kufanya uhusiano wa mabadiliko kati ya viumbe. Kutumia data ya morphologic na Masi, wanasayansi wanafanya kazi kutambua sifa na jeni za homologous. Kufanana kati ya viumbehai kunaweza kutokana ama kutoka historia ya mabadiliko ya pamoja (homologies) au kutoka njia tofauti za mageuzi (analogies). Baada ya taarifa ya homologous kutambuliwa, wanasayansi hutumia cladistics kuandaa matukio haya kama njia ya kuamua ratiba ya mabadiliko. Wanasayansi wanatumia dhana ya upeo wa kiwango cha juu, ambayo inasema kwamba utaratibu wa uwezekano wa matukio labda ni njia rahisi zaidi. Kwa matukio ya mabadiliko, hii itakuwa njia na idadi ndogo ya tofauti kubwa zinazohusiana na ushahidi.
Sanaa Connections
Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Ni wanyama gani katika takwimu hii ni wa clade inayojumuisha wanyama wenye nywele? Ambayo ilibadilika kwanza: nywele au yai ya amniotic?
- Jibu
-
Sungura na wanadamu ni katika clade inayojumuisha wanyama wenye nywele. Yai ya amniotic ilibadilika kabla ya nywele, kwa sababu Amniota clade matawi mbali mapema kuliko clade ambayo inahusisha wanyama wenye nywele.
maelezo ya chini
- 1 Gibbons, A. (2012, Juni 13). Sayansi Sasa. Iliondolewa kutoka news.sciencemag.org/scienceno... sequenced.html
- 2 Background juu ya uchambuzi wa kulinganisha genomic. (2002, Desemba). Ilirudishwa kutoka http://www.genome.gov/10005835
- 3 Harris, S.R. na wenzake 2010. Mageuzi ya MRSA wakati wa maambukizi ya hospitali na kuenea kwa kimataifa. Sayansi 327:469 —474.
- 4 Isaac NJ, Turvey ST, Collen B, Waterman C, Baillie JE (2007) Mamalia juu ya EDGE: Vipaumbele Uhifadhi Kulingana na Tishio na Phylogeny. Plos ONE (23): e296. doi: 10.1371/journal.pone.0000296
faharasa
- muundo sawa
- tabia iliyopatikana katika taxa mbili ambayo inaonekana sawa kwa sababu ya mageuzi ya kubadilika, si kwa sababu ya asili kutoka kwa babu ya kawaida
- clade
- kikundi cha taxa kilicho na seti sawa ya wahusika waliotokana, ikiwa ni pamoja na aina ya mababu na wazao wake wote
- cladistics
- njia inayotumiwa kuandaa sifa za homologous kuelezea phylogenies kwa kutumia ukoo wa kawaida kama kigezo cha msingi kinachotumiwa kuainisha viumbe
- upeo wa parsimoni
- kutumia njia rahisi, dhahiri zaidi na idadi ndogo ya hatua
- mfumo wa molekuli
- mbinu za kutumia ushahidi Masi kutambua mahusiano phylogenetic
- kundi la monophyletic
- (pia, clade) viumbe kwamba kushiriki babu moja
- tabia ya mababu ya pamoja
- tabia kwenye tawi phylogenetic kwamba ni pamoja na clade fulani
- tabia ya pamoja inayotokana
- tabia juu ya mti phylogenetic ambayo inashirikiwa tu na clade fulani ya viumbe